数字基带传输系统

第六章 数字基带传输系统

本章教学基本要求：

掌握：1. 几种常用传输码型的编码方案

2. 无码间干扰时域、频域条件 3. 会判断、会画基带信号波形图

理解：数字基带信号频谱特性 了解：眼图与时域均衡 本章核心内容：

一、数字基带传输系统基本结构 二、数字基带信号及其频谱特性 三、基带传输的常用码型

四、基带脉冲传输与无码间干扰条件

五、无码间干扰基带系统性能分析指标及眼图

重点：常用三元码及编码规则；奈奎斯特第一准则第一类部分响应系统；二元码的误比特率；眼图各部分

的含义及理解；均衡的基本原理及分类

难点：HDB3的编码规则；无码间干扰的传输条件；部分响应系统的预编码；二元码的误比特率的求解； 学时安排：6学时

引言：一个数字通信系统的模型可由图6-1-1表示。

6-1-1 数字通信系统模型

从消息传输角度看，该系统包括了两个重要的变换: 1 消息与数字基带信号之间的变换； 2 数字基带信号与信道信号之间的变换。

通常，前一个变换由发收终端设备来完成，它把无论是离散的还是连续的消息转换成数字的基带信号；而后一变换则由调制和解调器完成。然而，在数字通信中并非所有通信系统都要经过以上两个变换过程，在某些有线信道中，特别是传输距离不太远的情况下，可以不经过调制和解调过程而让数字基带信号直接进行传输，我们称之为数字信号的基带传输。与此相应，另外一些信道，比如在无线信道和光信道中，数字基带信号则必须经过调制，将信号频谱搬移到高频处才能在信道中传输，我们把这种传输称为数字信号的频带传输。

§6.1 数字基带信号的码型 一、数字基带信号

消息代码的电波形

二、数字基带信号码型设计原则

传输码型的选择，主要考虑以下几点： (1) 码型中低频、 高频分量尽量少；

(2) 码型中应包含定时信息， 以便定时提取； (3) 码型变换设备要简单可靠；

(4) 码型具有一定检错能力，若传输码型有一定的规律性，则就可根据这一规律性来检测传输质量，以便做到自动监测

(5) 编码方案对发送消息类型不应有任何限制， 适合于所有的二进制信号。这种与信源的统计特性无

关的特性称为对信源具有透明性；

(6) 低误码增殖； (7) 高的编码效率。 三、常用二元码型

(1) 单极性二进制：不归零（NRZ）；归零（RZ）

不归零(NRZ) 1 0 0 1 1 0 1 τ 归零码(RZ) τ (2) 双极性二进制：不归零；归零

不归零 1 0 0 1 1 0 1 归 零 (3) 差分波形：电位改变“1”，不变“0”

1 0 0 1 1 0 1

(4) 多值波形

00 01 10 11 +3E +E -E -3E 01 11 00 10 01

四、三元码 （一）、AMI码 ：码即传号交替反转码。 1、编码规则:

消息代码中的0 传输码中的0 消息代码中的1 传输码中的+1、-1交替 例如:

消息代码:1 0 1 0 1 0 0 0 1 0 1 1 1 AMI码: +1 0 -1 0 +1 0 0 0 -1 0 +1 -1 +1 2、AMI码的特点:

(1) 由AMI码确定的基带信号中正负脉冲交替，而0电位保持不变;所以由AMI码确定的基带信号无直流分量，且只有很小的低频分量;

(2) 不易提取定时信号，由于它可能出现长的连0串。 3、解码规则

从收到的符号序列中将所有的-1变换成+1后，就可以得到原消息代码。

（二） HDB3码

HDB3码即三阶高密度双极性码。 1、编码规则:

(1) 先将消息代码变换成AMI码，若AMI码中连0的个数小于4,此时的AMI码就是HDB3码;

(2 )若AMI码中连0的个数大于4,则将每4个连0小段的第4个0变换成与前一个非0符号(+1或-1)同极性的符号,用V表示(+1+V,-1-V);

(3 )为了不破坏极性交替反转，当相邻V符号之间有偶数个非0符号时，再将该小段的第1个0变换成＋B或-B,B符号的极性与前一非符号的相反，并让后面的非零符号从V符号开始再交替变化。 例如:

消息代码:1 0 0 0 0 1 0 0 0 0 1 1 0 0 0 0 1 1

AMI码: +1 0 0 0 0 -1 0 0 0 0 +1 -1 0 0 0 0 +1 -1

HDB3码：+1 0 0 0 +V -1 0 0 0 -V +1 -1 +V 0 0 +V -1 +1 2、HDB3码的特点:

(1) 由HDB3码确定的基带信号无直流分量，且只有很小的低频分量; (2) HDB3中连0串的数目至多为3个，易于提取定时信号。 (3) 编码规则复杂，但译码较简单。 3、解码规则

(1)从收到的符号序列中找到破坏极性交替的点V，可以断定V符号及其前面的3个符号必是连0符号，从而恢复4个连码;

(2)再将所有的-1变换成+1后，就可以得到原消息代码。 §6.2 数字基带信号的功率谱

设一个二进制的随机脉冲序列如图6-2-1所示。我们用g1(t)表示二进制符号1,g0(t)表示二进制符号0, 码元宽度为Ts。 需要注意的是，图6-2-1中虽然把g1(t)、g0(t)都画成了高度不同的三角形脉冲，但实际上g1(t)和g0(t)可以是任意的脉冲。

图6-2-1 任意随机脉冲序列示意波形

基带二进制信号g(t)的一般表达式为

g(t)??g1(t?nTs)，以概率p出现g2(t?nTs)，以概率（1?p）出现

下面我们来求基带信号g(t)的功率谱密度p(f)

因为基带信号g(t)为功率信号，其能量为无穷，所以不存在傅氏变换，我们根据功率谱密度的定义来求基带信号g(t)的功率谱密度p(f)。

截取g(t)的一段gT(t)，设截短时间为T=(2N+1)Ts，则有

Tt??g(t)，gT(t)??0，其他2

?则, gT(t)?n??N?[pg(t?nT)?(1?p)g1sN2(t?nTs)]

令gT(t)?GT(w),，则根据功率谱密度的定义，基带信号g(t)的功率谱密度P(f)为

P(f)?limE[GT(?)]T2T??

我们把gT(t)看成是由一个由稳态分量和一个交变分量组成的，我们称a(t)为其稳态分量，称u(t)为随机过程的交变分量。

一、周期信号a(t)的功率谱Pa(f)

a(t)? an?n????aenTs/2?Ts/2??jnwst1Ts?[pg1(t?nTs)]?(1?p)g2(t?nTs)e?j2?fsntdt?fs[pG1(nfs)?(1?p)G2(nfs)]

2Pa(f)?n????an?(f?nfs)，此为离散谱。E[UT(?)]T2二、交变分量u(t)的功率谱Pu(f)

Pu(f)?limT??E[UT(?)UT(?)]21,此为连续谱。 ?lim?p(1?p)G1(f)?G2(f)T??TTs*三、基带信号g(t)的功率谱P(f) P(f)?Pa(f)?Pu(f) 四、结论

1、g1(t)和g2(t)不能完全相同，故连续谱Pu(f)总是存在的。

2、对于单极性不归零码：有直流成分；无离散谱，即无定时信息；B=fs ； 3、单极性归零码：有直流成分；有离散谱，有定时信息；B=2fs ；

4、双级性码：等概出现时无离散谱，也就是说这种码没有直流分量和定时分量；经全波整流后可变换成单极性码。

§6.3 无码间串扰的传输波形 一、基带信号的典型模型

信源 码型 发 送 滤波器 信 道 接 收 滤波器 再 生 判 决 码 型 译 码 编 码

n????a?(t?nT) T(w) C(w) R(w) s(t)

ns? 二、基带信号的传输过程